CN101865060B

CN101865060B - 燃料喷射阀

Info

Publication number: CN101865060B
Application number: CN2010101639207A
Authority: CN
Inventors: 近藤淳; 藤野友基; 各务周
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: CN101865060A; DE102010016419A1; JP2010249061A; US20100263629A1

Abstract

一种燃料喷射阀(10)包括主体(40)、燃料压力传感器(80)和焊接部(W)。主体具有通道以将高压燃料引向喷射孔(22)。燃料压力传感器具有应变元件(81)和传感器元件(82)从而检测燃料压力。应变元件通过承受燃料压力而具有弹性变形。传感器元件将弹性变形量转变为信号。焊接部通过焊接主体和应变元件而形成。燃料压力传感器通过焊接部安装到主体。

Description

燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及燃料喷射阀。

背景技术

JP-A-2008-144749、JP-A-2009-57926或者JP-A-2009-57927公开了燃料喷射阀。当进行燃料喷射时，燃料压力变化，从而通过检测压力的变化来检测实际喷射状态。

例如，当开始燃料喷射时，可通过检测压力降低的开始时刻来检测它的实际开始时刻。当结束燃料喷射时，可以通过检测压力升高的结束时刻来检测实际结束时刻。另外，燃料喷射中喷射的燃料量需要被精确控制。如果燃料喷射被精确控制，内燃机的输出扭矩和排放可以被精确控制。

如果燃料压力传感器直接安装到共轨，传感器检测的压力变动受到共轨的影响，从而不能精确检测压力变动。因此，燃料压力传感器安装到燃料喷射阀，从而精确检测压力变动。

JP-A-2008-144749、JP-A-2009-57926或者JP-A-2009-57927公开了安装到燃料喷射阀的燃料压力传感器，但是没有公开燃料压力传感器的具体位置。

例如，通过螺纹连接应变元件，传感器的应变元件连接到燃料喷射阀的主体。通过承受燃料压力，应变元件具有弹性变形，且通过检测应变元件的弹性变形，燃料的压力变动被检测。

然而主体的尺寸会变大，因为主体需要空间用于应变元件的螺纹连接。

另外，由于应变元件的螺纹连接，应变元件的圆周位置未确定。然而对于应变元件需要具有与设置在燃料压力传感器外部的电路板电连接。因此，应变元件会具有复杂的结构用于电连接，因为应变元件的圆周位置未确定。

发明内容

考虑上述和其它问题，本发明目的是提供燃料喷射阀。

根据本发明实例，燃料喷射阀包括：主体，燃料压力传感器和焊接部。主体具有通道以将高压燃料引向喷射孔以喷射燃料。燃料压力传感器具有应变元件和传感器元件从而检测燃料压力。应变元件通过承受燃料压力而具有弹性变形。传感器元件将应变元件的弹性变形量转换成信号。通过将主体和燃料压力传感器的应变元件焊接，焊接部限定在主体和燃料压力传感器之间。燃料压力传感器通过焊接部安装到主体。

因此燃料喷射阀的尺寸可以变小，燃料压力传感器的结构可以变简单。

附图说明

通过下面详细描述并结合附图，本发明的上述和其它目的特征优点将显而易见。附图中：

图1是根据第一实施例的燃料喷射阀的剖视图；

图2A的放大剖视图示出了在具有焊接之前燃料喷射阀的管座，图2B的放大剖视图示出了在进行焊接之后燃料喷射阀的焊接部；

图3A的平面视图示出了第一实施例的管座，具有与电路板的电连接，图3B的平面视图示出了比较实例；

图4A的放大剖视图示出了在具有焊接之前根据第二实施例的燃料喷射阀的管座，图4B的放大剖视图示出了在进行焊接之后第二实施例的燃料喷射阀的焊接部；和

图5的放大剖视图示出了比较实例。

具体实施方式

(第一实施例)

燃料喷射阀10例如用在柴油机的共轨燃料喷射系统中。

如图1，燃料喷射阀10设置在发动机的缸盖E2中。燃料从共轨供应，阀10将供应的燃料直接喷射到发动机每个气缸的燃烧室E1中。

燃料喷射阀10包括喷嘴本体20、阀针30、主体40、孔板(orificeplate)50、电磁单元60等。

喷嘴本体20以及主体40的一部分设置在插入孔E3中，该插入孔限定在缸盖E2中。主体40具有接合面40a以与夹持件K的第一端接合。当夹持件K的第二端通过螺栓被朝着缸盖E2拧紧时，夹持件K的第一端被挤压到接合面40a，从而主体40配合到插入孔E3。因此燃料喷射阀10挤压到插入孔E3中并且固定在这个状态。

喷嘴本体20通过孔板50利用保持螺母11固定到主体40的下侧。喷嘴本体20具有导孔21和喷射孔22。导孔21是用于滑动容纳阀针30的腔。当阀针30提升时，燃料通过喷射孔22喷射。

导孔21从上端面朝着下边缘穿入喷嘴本体20。高压通道23由导孔21的内周面和阀针30的外周面之间的间隙限定，从而将高压燃料引入到喷射孔22中。导孔21具有燃料集中(pooling)腔24，其处，喷嘴本体20的内径被制成较大。高压通道23的上游端通向喷嘴本体20的上端面，且连接到孔板50的高压通道51。

锥形落座表面221限定在喷嘴本体20的内周面上，在与高压通道23的下边缘相对应的位置处。阀针30具有落座表面331以落座在喷嘴本体20的落座表面221上。当阀针30的落座表面331落座在喷嘴本体20的落座表面221上时，阀针30从喷射孔22封闭和堵塞高压通道23。

柱体25设置在导孔21中，弹簧26设置在柱体25的下端面和阀针30的上端面之间。弹簧26沿着阀闭合方向挤压阀针30，对应于图1的向下方向。背压室27限定在柱体25的内周面上，从而向阀针30的上端面提供背压。背压对应于燃料的高压。由于背压，阀针30沿着阀闭合方向被偏压。相反，由于燃料集中腔24中燃料的高压，阀针30沿着阀开启方向被偏压，对应于图1的向上方向。

主体40具有大致柱形，高压孔44限定在主体40的外周面上。高压孔44是连接器，将连接到高压管道(未示出)。低压连接器90安装在主体40的上端面上，从而连接到低压管道(未示出)。燃料从共轨通过高压管道供给到高压孔44。供应的燃料通过外周面进入主体40中，多余燃料通过上端面和连接器90从主体40排出。

主体40具有高压通道421、422、低压通道(未示出)、容纳电磁单元60的孔43、传感器通道46、容纳引线(lead wire)的孔47等。由于高压通道421、422，从高压孔44引入的高压燃料通过孔板50的高压通道51被进一步引入喷嘴本体20的高压通道23。低压通道将多余燃料从背压室27送到连接器90中。

高压通道421、422包括第一通道421和第二通道422。供应孔421a限定在主体40的外周面上，在与高压孔44相对应的位置处。第一通道421从供应孔421a沿着主体40的径向延伸。第二通道422沿着主体40的轴向延伸，限定在第一通道421的下游端和主体40的下端面40R之间。轴向对应于燃料喷射阀10的纵向，且对应于插入缸盖E2中的燃料喷射阀10的插入方向。

传感器通道46从第二通道422的上游端沿着大致与第二通道422相反的方向延伸。单元容纳孔43、低压通道、传感器通道46、和引线容纳孔47沿着燃料喷射阀10的轴向延伸。

电磁单元60和第二通道422沿着大致与主体40的轴向垂直的方向设置。也就是，电磁单元60和第二通道422沿着图1的左右方向设置。

孔板50具有高压通道51、入口通道(未示出)和出口通道53。高压燃料流动穿过高压通道51，通过入口通道流入背压室27中。燃料通过出口通道53朝着低压侧流出背压室27。入口通道具有入口孔，出口通道53具有出口孔。

电磁单元60具有定子63、衔铁(armature)64、球阀65等。定子63具有电磁线圈62。衔铁64可相对于定子63移动。球阀65可与衔铁64整体移动，从而开启或闭合出口通道53。球阀65可对应于控制阀。

连接器70安装在主体40上。连接器70具有树脂制成的连接器壳体71和由壳体71保持的连接器端子72、73。电磁线圈62和连接器端子72通过引线74彼此电连接。引线74设置在主体40的孔47中，且由支撑构件74a支撑。

当电能供给到电磁线圈62时，衔铁64被吸引向定子63。另外弹簧66沿着闭合球阀65方向向衔铁64施加弹性力，对应于图1的向下方向。弹簧66位于定子63的中间部分处。

当燃料从喷射孔22喷射时，喷嘴本体20和主体40中燃料的压力变化。燃料压力传感器80安装在主体40的上端面上，从而检测压力的变动。

压力传感器80输出与检测的压力变动相对应的波形。当开始从孔22喷射燃料时，压力下降的开始时刻基于波形被检测，从而可检测实际喷射开始时刻。当燃料喷射结束时，压力上升的结束时刻基于波形被检测，从而可以检测实际喷射结束时刻。另外，压力下降的最大值可基于波形检测，从而可检测燃料喷射中喷射的燃料量。

燃料压力传感器80将参考图2A和2B描述。图2A示出了将焊接在主体40上的传感器80的管座(stem，杆)81，图2B示出了焊接在主体40上的管座81。

管座81可对应于应变元件，传感器80的应变片(strain gauge)82可对应于传感器元件。传感器80包括管座81和应变片82。当管座81从传感器通道46中的燃料受到压力时，管座81具有弹性变形。应变片82将管座81的弹性变形转换为电信号，且将信号作为压力值输出。

管座81具有柱形部分81b和盘形隔膜(diaphragm，隔板)81c。柱形部分81b的开口端限定为入口81a，高压燃料通过该入口被引入管座81中。隔膜81c封闭柱形部分81b的另一开口端。通过入口81a流入柱形部分81b中的燃料的压力由柱形部分81b的内表面和隔膜81c承受。因此管座81整体具有弹性变形。

管座81由具有高强度和高硬度的金属材料制成，因为管座81承受超高压力。另外金属材料具有由于热膨胀产生的较小的变形，从而应变片82不太受到热膨胀的影响。也就是，金属材料具有相对低的热膨胀系数。具体的，金属材料可以是Fe、Ni或者Co。另外，Ti、Nb或者Al可作为析出(precipitation)强化材料增加到金属材料中。管座81例如通过挤压、切割或者冷锻等制造。另外，C、Si、Mn、P或者S可增加到金属材料中。

另外，金属管构件83插入到入口81a中。传感器通道46具有增大部分46a，其处，传感器通道46的内径被增大。管构件83的下部插入到增大部分46a中。管构件83的内部通道83a的上端连接到管座81的柱形部分81b的内部通道81f。管构件83的内部通道83a的下端连接到传感器通道46。

管构件83的外周面83b与柱形部分81b和传感器通道46的内周面紧密接触。管构件83的下端面83c与增大部分46a的阶梯表面46b接触，从而管构件83的位置沿着轴向方向被确定。

柱形部分81b的端面81e设置成围绕入口81a，且焊接到位于增大部分46a附近的主体40的端面40c。端面81e、40c大致垂直于轴向，且沿着径向从入口81a延伸。传感器80通过焊接安装到主体40。

端面81e、40c具有环形，围绕入口81a。因此，由于焊接，可以在管座81和主体40之间进行密封。因此，可限制高压燃料穿过端面81e和40c之间的间隙泄露。

下面描述焊接过程。管构件83插入到主体40的增大部分46中，且管构件83的下端面83c制成为与主体40的阶梯面46b接触。应变片82安装在管座81上，管座81的柱形部分81b与管构件83的上部接合。管座81的端面81e制成为与主体40的端面40c接触。因此如图2A，管构件83和管座81安装到主体40。

激光从外周面朝着内周面照射到面81e和40c。因此管座81焊接到主体40。图2B的网状焊接部W示出了一区域，其中，管座81和主体40通过激光被熔化。

焊接部W具有沿着径向的深度。激光以下列方式被控制：焊接部W达到管构件83的沿着径向的厚度的大致中间位置。也就是，焊接部W由管座81和主体40的端面81e和40c以外的管构件83的一部分限定。

焊接部W的深度等于或大于管座81沿着径向的厚度。另外，焊接部W的深度等于或大于沿着径向管座81的厚度与管构件83的厚度之和。

应变片82安装在隔膜81c上。当管座81由于流入内部通道81f中的燃料压力沿着增大方向具有弹性变形时，应变片82检测在隔膜81c中产生的弹性变形的量。

如图1，电路板84设置在主体40上。图3A示出了电路板84和管座81的平面图。多种电路部件84a安装在电路板84上。另外电极极板(electrode pad)84b和端子84c设置在电路板84上。

电极极板84b通过引线接合82w电连接到应变片82的电极极板82a。端子84c通过焊接连接到连接器端子73。

管座81的圆周位置以下列方式确定：应变片82的电极极板82a与电路板84的电极极板84b相对。管座81在这种状态中焊接到主体40。

电子部件84a例如可对应于放大电路、过滤电路和电源电路。放大电路放大来自应变片82的信号输出。过滤电路消除与信号重叠的噪声。电源电路将电压施加到应变片82。

当电压施加到应变片82时，应变片82的桥路的电阻根据隔膜81c的应变而变化。来自桥路的电压输出被输入到电子部件84a的放大电路中，作为压力检测值。放大电路放大电压，放大的信号从连接器端子73通过端子84c输出。

连接器端子73具有用于输出传感器80的信号的端子、用于供应电源的端子、以及用于接地的端子。外侧线束连接器(未示出)连接该连接器70和外部设备(未示出)例如发动机ECU。来自电子部件84a的信号输出通过外部线束连接器被输入到发动机ECU中。

如图1，电子部件84a和应变片82由金属制成的屏蔽盖85覆盖。屏蔽盖85阻隔外部噪声从而保护电子部件84a和应变片82。

连接器端子72、73和电路板84设置在模铸形成的树脂构件86中。模铸树脂构件86通过密封构件87安装在主体40上。

传感器80、屏蔽盖85和模制树脂构件86通过模制树脂与主体40连接在一起。一部分模制树脂对应于连接器壳体71。

下面描述燃料喷射阀10的操作。

当没有向电磁线圈62供电时，球阀65闭合出口通道53。这时，沿着阀闭合方向偏压阀针30的力大于沿着阀开启方向提升阀针30的力。阀闭合力由背压室27中的燃料压力和弹簧26的偏压力构成。阀开启力由燃料集中室24中的燃料压力构成。阀针30的落座表面331落座在喷嘴本体20的落座表面221上，从而高压通道23和喷射孔22彼此断开。因此燃料没有喷射。

当向电磁线圈62供电时，衔铁64被磁化的定子63吸引。衔铁64朝着定子63移动，逆着弹簧66的偏压力。球阀65受到背压室27中的燃料压力，开启出口通道53。背压室27中的高压燃料通过出口通道53被释放到低压侧，且背压室27中的燃料压力降低。当阀开启力变得大于沿着阀闭合方向的阀闭合力时，阀针30提升。从共轨供给燃料喷射阀10的高压燃料在穿过主体40的高压通道42、孔板50的高压通道51、以及喷嘴本体20的高压通道23之后，从喷射孔22喷射。

下面描述第一实施例的优点。

在比较实例中，管座具有围绕外周面的螺纹部分，通过将螺纹部分拧紧，管座安装到主体。在比较实例中，在主体周围同样需要螺纹部分，从而由于螺纹部分，主体的尺寸沿着径向变大。

相反根据第一实施例，通过将管座81焊接到主体40，燃料压力传感器80安装到主体40。因此，第一实施例中不需要螺纹部分，从而主体40的尺寸可以保持较小。

如图3B，在比较实例中，管座81的圆周位置不确定，从而应变片82的电极极板82a的圆周位置不确定。因此，管座81具有多组例如四组电极极板82a、82b、82c和82d。电路板84的电极极板84b例如通过引线接合82w连接到最接近的电极极板82b。也就是，在比较实例中需要多组电极极板82a、82b、82c和82d。

相反，根据第一实施例，通过将管座81焊接到主体40，燃料压力传感器80安装到主体40。因此如图3A，焊接可以在以下列方式确定了管座81的圆周位置之后进行：应变片82的电极极板82a设置成与电路板84的电极极板84b相对。因此第一实施例中不需要多组电极极板。

如图2B，根据第一实施例，焊接部W具有环形以围绕入口81a。因此可以通过焊接部W在管座81和主体40之间进行密封。因此通道81f、83a、46中的高压燃料可以被限制不能在端面81e和40c之间泄露。另外第一实施例中不需要密封构件以防止泄露。

图5的比较实例中，管构件83没有设置在管座81和主体40内。在电阻焊或者激光焊在外周面上朝着内周面进行的情况下，如果进行了过多的焊接，一对突起W1形成在主体40和管座81的内周面上。比较实例中，由于燃料的高压，焊接部W可从突起W1的边界面W2具有裂缝W3。边界面W2可作为槽口工作。相反，如果焊接部W的深度过小，焊接部W可以不限定在靠近内周面的部分81p中，从而会产生较差的焊接。也就是，在比较实例中，焊接部W的深度需要精确控制。

相反如图2B，根据第一实施例，通过焊接管座81和主体40的端面81e和40c，限定焊接部W。焊接部W沿着厚度方向延伸到管构件83内部。因此在第一实施例中，图5的突起W1和裂缝W3可以被限制不能产生。也就是，限制不产生较差的焊接，因为焊接部W达到管座81的内周面。另外，第一实施例中焊接部W的深度不需要精确控制。

根据第一实施例，通过使用激光焊接形成焊接部W。因此与通过使用电阻焊形成焊接部的情况相比，焊接过程中管座81的温度升高可以被限制到局部。即使当在应变片82安装到管座81的状态中进行焊接时，应变片82可以被限制不能具有由于焊接产生的热量造成的损伤。

根据第一实施例，应变片82可在焊接之前安装到管座81。因此传感器80的测试可以在传感器80安装到主体40之前进行。因此可提高测试的操作效率。

根据第一实施例，管座81和主体40分开制造。

因此在当内部应力在主体40中由于热膨胀或收缩而产生的情况中，应力被较少地传递到管座81。也就是，当管座81和主体40分别制造时，主体40的扭曲的影响相对于管座81变得较小。

因此当应变片82安装到管座81时，与应变片直接安装到主体的情况相比，应变片82可以被限制不会受到主体40的变形的影响。因此，传感器80的燃料压力检测精度可提高。

管座81和主体40单独制造，且管座81的热膨胀系数制成小于主体40。因此，管座81可以被限制不具有热膨胀或收缩，从而管座81的扭曲可以被减轻。另外，材料成本可降低，因为与整个主体由具有较小热膨胀系数的材料制成的情况相比，仅管座81由具有较小热膨胀系数的材料制成。

应变片82的检测可以在管座81安装到主体40之前进行，因为管座81和主体40单独制造。因此检测的操作效率可提高。

(第二实施例)

如图4A和4B，与第一实施例相比，管构件83在第二实施例中去掉。当端面81e、40c被焊接时，激光焊接以下列方式被控制：焊接部W从管座81的柱状部分81b的外周面延伸到内周面。传感器通道46的内周面和柱形部分81b的内周面位于相同平面上。也就是，管座81的内部通道81f的直径大致等于传感器通道46的直径。

根据第二实施例，可以获得基本与第一实施例大致相同的优点。另外，部件数目减少，因为去掉了管构件83。然而与第一实施例相比，焊接部W的深度在第二实施例中需要更精确控制。

(其它实施例)

焊接部W不限于通过使用激光焊接形成。可替换的，焊接部W可通过电阻焊形成。

传感器通道46从第二通道422的上游端沿着与第二通道422相反的方向延伸，管座81焊接到主体40的上端部。可替换的，传感器通道46可从第一通道421的下游端沿着与第一通道421相反的方向延伸，管座81可焊接到主体40的外周部。

检测管座81应变的传感器元件不限于应变片82。可替换的，压电元件可用于检测管座81的应变。

启动阀针30的电致动器不限于电磁单元60。可替换的，压电致动器可用于启动阀针30，其中堆叠多个压电元件。

燃料喷射阀10不限于用于柴油机的喷射器。可替换的，阀10可用于汽油机以将燃料直接喷射到燃烧室E1中。

这种变化和修改被认为是落在权利要求限定的本发明范围内。

Claims

1.一种燃料喷射阀(10)，包括：

主体(40)，具有通道以将高压燃料引向喷射孔(22)以喷射燃料；

燃料压力传感器(80)，检测燃料压力，所述传感器具有：

应变元件(81)，通过承受燃料压力具有弹性变形，和

传感器元件(82)，将应变元件的弹性变形量转变为信号；和

焊接部(W)，通过焊接所述主体和应变元件而限定在主体和应变元件之间，其中

燃料压力传感器通过焊接部安装到主体；

应变元件具有：

柱形部分(81b)，和

隔膜(81c)，固定在柱形部分的第一端部上作为柱形部分的基座，其中

柱形部分具有第二端部以围绕燃料入口(81a)，燃料通过该燃料入口流入应变元件中，

传感器元件安装在该隔膜上，

焊接部限定在柱形部分的第二端部和主体之间，和

焊接部具有与柱形部分相对应的环形；

所述燃料喷射阀还包括：

管构件(83)，以下列方式设置在燃料入口中：管构件的外周面(83b)与柱形部分的第二端部和主体之间的焊接面(81e，40c)相对，其中

通过进一步熔化管构件，焊接部由柱形部分的第二端部和主体之间的焊接面以及管构件限定，和

焊接部沿着管构件的径向延伸到管构件内部。

2.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

焊接部通过使用激光焊接限定在主体和燃料压力传感器之间。

3.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

主体具有内周面，该内周面设置在与应变元件的内周面相同的面上。

4.如权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，

管构件(83)，以下列方式设置：管构件的外周面(83b)配合到应变元件的内周面，其中

焊接部的深度等于或大于应变元件沿着径向的厚度，和

焊接部的深度等于或小于应变元件和管构件的厚度之和。